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第1篇 滚动轴承的基础知识1

第1章 滚动轴承的基本结构形式与主要参数1

1.1 滚动轴承概述1

1.2 球轴承2

1.2.1 深沟球轴承2

1.2.2 角接触球轴承5

1.2.3 三点、四点接触球轴承6

1.3 滚子轴承7

1.3.1 短圆柱滚子轴承7

1.3.2 圆锥滚子轴承9

1.3.3 圆柱滚子的边缘应力效应与修形滚子轴承10

1.4 调心轴承11

1.4.1 调心球轴承12

1.4.2 调心滚子轴承13

1.5 滚动轴承主要结构参数14

1.5.1 滚动轴承的主要尺寸14

1.5.2 轴承游隙与接触角15

1.5.3 主曲率18

1.6 滚动轴承的内部几何关系20

1.6.1 沟道挡边高度20

1.6.2 极限倾斜角21

1.6.3 保持架偏移21

1.6.4 密合度22

参考文献22

第2章 滚动轴承的材料体系及应用24

2.1 概述24

2.2 普通轴承钢26

2.2.1 高碳铬轴承钢26

2.2.2 渗碳轴承钢27

2.2.3 不锈轴承钢28

2.3 高温轴承钢29

2.3.1 普通高温轴承钢W9Cr4V2Mo29

2.3.2 高性能高温轴承钢8Cr4Mo4V30

2.3.3 高温渗碳轴承钢13Cr4Mo4Ni4VA32

2.4 保持架材料34

2.4.1 钢保持架材料34

2.4.2 有色金属保持架材料35

2.4.3 非金属保持架材料37

2.5 表面处理技术39

2.5.1 表面强化处理39

2.5.2 表面自润滑处理44

2.6 新型轴承材料46

2.6.1 陶瓷材料46

2.6.2 新型高强材料48

2.6.3 新型碳－碳保持架材料51

参考文献52

第3章 滚动轴承的寿命计算方法56

3.1 基本额定寿命计算方法的对比分析56

3.1.1 球轴承基本额定寿命计算方法57

3.1.2 滚子轴承基本额定寿命计算方法61

3.1.3 基本额定寿命计算方法的比较与分析64

3.2 基于接触区应力分布的寿命修正计算方法69

3.2.1 轴承内部载荷分布与套圈周向应力对寿命的影响69

3.2.2 初始游隙对基本额定寿命的影响71

3.2.3 过盈配合对基本额定寿命的影响75

3.2.4 残余应力对基本额定寿命的影响80

3.2.5 温度对基本额定寿命的影响81

3.2.6 载荷及弯矩联合作用对基本额定寿命的影响83

3.3 基于疲劳极限应力的寿命修正计算方法86

3.3.1 基于应力－寿命关系的寿命修正计算方法86

3.3.2 润滑对基本额定寿命的影响89

3.3.3 污染对基本额定寿命的影响93

3.3.4 高可靠度下额定寿命的修正算法96

参考文献97

第2篇 面向滚动轴承极限设计分析的理论和方法100

第4章 滚动轴承稳态性能的数值分析100

4.1 引言100

4.2 滚动轴承的拟静力学分析101

4.2.1 球轴承的拟静力学分析101

4.2.2 圆柱滚子轴承的拟静力学分析106

4.3 滚动轴承的拟动力学分析114

4.3.1 球轴承拟动力学分析模型114

4.3.2 高速球轴承动态性能的拟动力学分析结果127

4.3.3 滚子轴承拟动力学分析模型137

4.3.4 高速滚子轴承动态性能的拟动力学计算结果144

参考文献149

第5章 滚动轴承瞬态性能的数值分析151

5.1 球轴承的动力学分析模型151

5.1.1 球轴承动力学分析的基本假设及坐标系151

5.1.2 球轴承内部零件相互作用模型151

5.1.3 球轴承动力学方程及求解163

5.2 高速球轴承的动力学行为分析166

5.3 滚子轴承的动力学分析模型170

5.3.1 滚子轴承动力学分析的基本假设及坐标系170

5.3.2 滚子轴承内部零件相互作用模型171

5.3.3 滚子轴承动力学方程及求解179

5.4 高速滚子轴承的动力学行为分析182

参考文献189

第6章 滚动轴承－转子系统的耦合效应190

6.1 滚动轴承－转子系统稳态动力学行为分析190

6.1.1 Riccati传递矩阵法基本理论190

6.1.2 考虑轴承动刚度的转子系统动力学特性计算方法193

6.1.3 滚动轴承支承的单转子系统动力学特性195

6.1.4 滚动轴承支承的多转子系统动力学特性197

6.2 滚动轴承－转子系统瞬态动力学行为分析201

6.2.1 转子系统瞬态响应的计算方法201

6.2.2 滚动轴承－转子系统瞬态响应整体计算法流程204

6.2.3 载荷谱对转子系统的瞬态响应及其对轴承动态性能的影响205

6.2.4 突加不平衡力对转子瞬态响应及其对轴承动态性能的影响208

6.3 高速滚动轴承与转子系统的非线性振动与耦合效应分析209

6.3.1 球轴承－转子系统的非线性振动209

6.3.2 滚子轴承－转子系统的非线性振动220

6.3.3 考虑轴承波纹度的非线性振动分析225

6.3.4 刚性转子系统非线性振动对滚动轴承动态性能的影响229

参考文献230

第7章 滚动轴承的热特性分析232

7.1 滚动轴承的内部热源232

7.1.1 轴承内部摩擦功耗的整体计算法233

7.1.2 基于运动学动力学分析结果的轴承摩擦热局部计算法234

7.1.3 整体法和局部法计算高速滚动轴承摩擦热的结果对比分析240

7.2 滚动轴承的温度场及其分析方法243

7.2.1 高速球轴承的温度场分析245

7.2.2 高速圆柱滚子轴承的温度分析249

7.3 高速滚动轴承的热影响分析251

7.3.1 结构参数对轴承热影响的分析252

7.3.2 工况条件对轴承热影响的分析255

7.3.3 润滑条件对轴承热影响的分析258

7.3.4 滚动轴承的瞬态温度场分析259

参考文献267

第8章 高速滚动轴承的分析软件简介271

8.1 滚动轴承的三维参数化建模271

8.2 拟静力学分析软件278

8.3 拟动力学分析软件281

8.4 热特性分析软件284

8.5 动力学分析软件287

8.6 轴承－转子耦合分析软件292

参考文献304

第3篇 滚动轴承的失效分析与试验技术306

第9章 滚动轴承的失效模式及分析方法306

9.1 接触疲劳失效308

9.2 元件断裂310

9.3 胶合失效312

9.4 过量塑性变形314

9.5 过量磨损315

9.6 腐蚀失效318

9.7 电蚀失效318

9.8 卡伤、擦伤和烧伤失效319

9.9 综合失效模式320

9.10 滚动轴承失效分析方法322

9.10.1 宏观分析322

9.10.2 微观及几何分析324

9.10.3 金相分析327

9.10.4 工作条件分析328

9.10.5 建立故障树329

9.11 滚动轴承失效分析流程332

9.11.1 轴承基础数据复查332

9.11.2 相似性检查333

9.11.3 复核复算333

9.11.4 失效件及机理分析334

9.11.5 重要轴承的故障复现334

9.11.6 改进措施验证335

9.11.7 失效分析报告335

参考文献335

第10章 滚动轴承的试验技术与方法337

10.1 概述337

10.2 轴承材料基础性能试验简介338

10.3 润滑剂流变特性测试339

10.3.1 润滑油拖动特性340

10.3.2 润滑油高压流变特性341

10.3.3 润滑脂流变特性342

10.4 四球疲劳试验343

10.4.1 四球疲劳试验机简介343

10.4.2 氮化硅陶瓷球的疲劳试验结果与分析344

10.5 球－棒疲劳试验347

10.5.1 球－棒疲劳试验机简介347

10.5.2 陶瓷球的抗污染能力试验348

10.6 高速轴承材料胶合试验350

10.6.1 航空发动机主轴轴承摩擦副胶合试验机设计351

10.6.2 高速滑滚接触摩擦试验方法356

10.6.3 M50摩擦副高温润滑表面损伤行为357

10.7 苛刻工况下滚动轴承的试验机试验359

10.7.1 轴承试验机技术360

10.7.2 国外先进航空轴承试验器介绍366

10.7.3 国内典型高速轴承试验器367

10.7.4 高速轴承性能试验375

10.8 其他类型试验381

10.8.1 启停试验381

10.8.2 断油试验381

10.8.3 滚动轴承的冲击载荷试验382

参考文献383

名词索引385